勤助科研申请书

2015年勤助科研创新基金项目申报书项目名称：基于MATLAB的高中物理电磁仿真实验项目主持人:所在院部及年级：理工科基础教学部2014级联系电话:申报时间：2015.3项目拟运行周期：1年立项经费是否低于1000元：否填表须知一、《陕西师范大学2015年勤助科研创新基金项目申报书》要按顺序逐项填写，内容要实事求是，表达要明确、严谨。空缺项要填“无”。要求一律用A4纸打印，于左侧装订成册。二、申请参加陕西师范大学2015年勤助科研创新基金项目的团队人数不得超过5人（1人为项目负责人，项目参与者2-4人，其中包括至少1名品学兼优的家庭经济困难学生）。三、《陕西师范大学2014年勤助科研创新基金项目申报书》应附指导教师建议，并报学生所在院部初审、签署意见后，一式两份（均为原件）统一报至学生处雁塔校区教育管理科。四、项目申报的对象、条件、类别、等级、评审标准、结项要求以及项目经费的使用和管理等详见《陕西师范大学勤助科研创新基金项目管理暂行办法》。五、如填表有不明事宜，请与学生处雁塔校区教育管理科联系，联系电话：85300965。

项目名称基于MATLAB的高中物理电磁仿真实验立项等级A级：重点项目B级：一般项目申报立项金额项目类别”自然科学类□社会科学类□科技发明类起止时间2015年5月至2016年5月研究周期1年项目研究周期内是否变更院部是院部变更时间2015年6月申请人姓名学院、专业、年级学号项目中的分工联系电话免费师范生（是/否）负责人项目参加人指导教师姓名学院职称研究方向联系电话签名一、基本情况项目所依托的实验室（如没有，可不填）申请摘要（不超过300字）:高中物理实验是高中物理教学中的基础课程，目的在于培养学生的实验技能，增强创新意识，深入理解学习物理知识.但由于实验室资源有限，且部分实验操作过于繁琐，具有一定危险性等缺陷，大多数实验只能由老师演示，学生并没有实际操作的机会，对实验的操作步骤没有透彻的理解，一定程度上影响了物理实验的教学进程和教学效果.基于MATLAB的高中物理电磁仿真实验不同于传统应用ppt，flash等实验演示只能观看不能设置变量和控制变量，将交互式仿真实验引入高中物理实验教学，使学生不需要实体实验室的条件就可以在家完成，操作便捷，不受环境影响，并且学生可以深入了解和掌握实验操作，观察到清晰的电磁实验过程，实现物理实验室可视化，便捷性，优化了高中物理实验教学模式，使高中物理实验教学具备了更强的操作性与实践性.二、申请书正文立项依据（研究项目的意义、国内外研究现状和发展动态）高中物理是普通高中科学学习领域的一门基础课程，与九年义务教育物理或科学课程相衔接，旨在进一步提高学生的科学素养，有助于学生继续学习基本的物理知识与技能，体验科学探究过程，了解科学研究方法，增强创新意识和实践能力，发展探索自然理解自然的兴趣与热情.而实验是高中学生进行高中物理学习至关重要的环节，学生能否透彻理解实验原理及意义很大程度上取决于是否实际操作了物理实验，但学校实验室受地域时间等加上部分实验具有一定危险性，操作过于复杂，耗时过长，且效果不明显，学生无法操作例如带电粒子在复合场中运动的复杂实验导致学生很难全面了解实验方法和原理规律，影响了物理实验教学的教学效果.为了解决这些问题，国内外近年来推出了大量仿真实验软件例如PowerPoint，Flash，labview，Dis实验等.但PowerPoint文字与展示过多，Flash只实现了二维的模拟仿真度不够高，labview，Dis实验等操作过于复杂推广度不高.相对于仿真实验在高校的发展状况，大部分现成的物理仿真实验不太适合高中的实际情况，物理仿真实验在普通高中阶段仍然没有得到应用，很多高中物理仿真实验，只是具有演示功能，离真正的交互实验、学生自主设置实验参数还有很大的距离.MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C.Fortran）的编辑模式.基于MATLAB的高中物理电磁仿真实验是利用MATLAB（矩阵实验室）制作高中物理电磁仿真实验，实现高中物理实验教学中由学生自己设置参数，控制变量，该仿真实验降低了高中物理实验教学成本与真实实验危险性，突破时空的限制，操作简单且具有可重复性，可以在很短的时间内掌握并应用到实践中.仿真实验可以营造学生自主学习的环境，学生在家使用电脑即可便捷地完成高中物理电磁实验，提高了实验效率，在大面积开设开放性、设计性、研究性实验教学中发挥着重要作用.参考文献：［1］物理DIS实验与探究式教学的整合和案例研究［2］高中物理新课程标准项目的主要内容和创新点、拟解决的关键问题（1）主要内容是利用MATLAB（矩阵实验室）模拟高中物理电磁实验，并验证实施情况.实现高中物理实验教学中由学生自己设置参数，控制变量，在家即可完成实验.（2）创新点是利用MATLAB（矩阵实验室）把尽可能多的知识建构在软件和语言中，用来做符号计算，推断，物理建模的强大优势，制作高中物理电磁仿真实验，实现由学生自己设置参数，控制变量，清晰地了解实验过程.该仿真实验降低了高中物理实验教学成本与真实实验危险性，突破时空的限制，操作简单且具有可重复性.改变传统物理实验教学方式，使学生在家完成在实验室因操作步骤过于复杂不能完成的实验，只需将实验报告通过邮件发送给老师，不仅节省了大量实验教学时间，还极大地增强了学生对实验学习的兴趣，有效地提升了教学效果.（3）拟解决的关键问题是通过多次实验，设计出高中物理电磁仿真实验，将学生在实验过程中出现的电磁知识错误以提示的方式体现出来，增加仿真实验的真实性.3.研究方案（技术路线）及可行性分析研究方案：（1）仿真实验设计对象：带电粒子在交变电流产生电场和外加磁场中的运动及轨迹模拟［实验原理］电容在电源作用下产生电场，带电粒子在电场中受到安培力作用加速或减速运动，同时在磁场中受洛仑兹力发生偏转，首先考虑简单情况，使安培力方向与洛仑兹力方向垂直带电粒子的运动情况，接着研究改变磁场方向改变带电粒子受到安培力与洛仑兹力夹角时带电粒子的运动情况.［实验器材］阴极射线管，示波管，导线，电源等.［实验步骤］给平行板电容器两端加上5V电压，将仪器放置在磁感应强度为0.5T的磁场中，使磁场方向与电场方向垂直..用阴极射线管发射出具有一定初速度的电子，让其进入平行板电容器之间的复合场，使其在复合场中运动..通过计算描绘带电粒子运动大致轨迹.4.用示波管观察带电粒子运动轨迹并记录.5.改变磁场方向，重复上述3,4步骤.［注意事项］.使平行板电容器端电压与电容器平行板间距合适，以增加电子旋进圈数使轨迹足够清晰..使初速度合适以增强实验效果..调节磁场方向改变带电粒子受到安培力与洛仑兹力夹角合适使图像具有连贯性.（2）MATLAB仿真实验设计及编写MATLAB仿真实验硬件：计算机一台（CPU2.0GHz,内存2.0G，硬盘15G以上可使用空间）软件：MATLAB（2013a及以上版本）实验设计思想：掌握带电粒子在复合场中的运动规律与实验原理，并熟练掌握某某仪器操作方法，实施操作步骤，并根据操作步骤设计仿真实验，设实验的全部过程.仿真模拟操作：分析实验步骤及原理.使用编写MATLAB实验程序.排查修改函数错误.可行性分析：成本较低，电脑操作，不需要消耗过多的物资.基本操作简单直观，易学易用，MATLAB比C语言，Fortran简单，可大量使用库函数.方便家庭电脑操作，不受时空限制..研究计划2015.05——2015.06查阅文献，更深入了解MATLAB的操作和使用方法，小组成员对一些简单仿真实验进行分析操作，熟悉MATLAB的使用，以便更好的设计实验.2015.07——2015.08掌握带电粒子在交变电流产生电场和外加磁场中的运动及轨迹模拟实验原理及操作，反复进行实验和操作，并根据实验步骤设计仿真实验的设计方案.2015.09——2015.11小组成员合作分工完成每一小部分的MATLAB编写方案.2015.12——2016.02将小组成员的编写方案汇总，设计出实验带电粒子在交变电流产生电场和外加磁场中的运动及轨迹的MATLAB仿真实验.2016.03——2016.05检验设计出的带电粒子在交变电流产生电场和外加磁场中的运动及轨迹的MATLAB仿真实验，并在出错处做适当调整，最终得出完整的带电粒子在交变电流产生电场和外加磁场中的运动及轨迹的MATLAB仿真实验.

5.成果形式及预期结果1）熟练掌握MATLAB的使用方法.2）展示最终的带电粒子在交变电流产生电场和外加磁场中的运动及轨迹的MATLAB仿真实验成果.3）发表基于MATLAB的带电粒子在交变电流产生电场和外加磁场中的运动及轨迹的仿真实验的研